FX168財經報社(香港)訊 全球晶圓代工領頭羊臺積電開創新路，自2019年與臺灣大學與美國麻省理工學院(MIT)展開合作研究，終于突破極限成功發現二維材料結合結合半金屬鉍能達到極低的電阻，有助于實現1奈米以下挑戰。這意味著，臺積電追趕美國IBM新研發的2奈米技術有成，消息傳出后震撼市場。
新研究已在美國雜志《自然》(Nature)期刊公開發表，半導體行業投資者需要到，硅基半導體主流制程目前已進展至5奈米和3奈米節點，芯片單位面積能容納的電晶體數目，也將逼近半導體主流材料硅的物理極限，也就是說芯片效能無法再逐年顯著提升。
美國IBM此前向供應鏈投下震撼彈，宣布取得芯片技術突破，成功制造出2奈米芯片。相比臺積電目前最新預計要到2022年下半年才可能量產3奈米，現如今恐怕龍頭地位不保。路透社援引美國IBM所指，2奈米技術能讓芯片速度比當今主流的7奈米芯片提升45%，能源效率也將有效提升。
盡管2奈米芯片制造技術可能還需要花費數年才能投入半導體市場，但相較于臺積電目前僅進入制程技術和研發階段，美國IBM搶先發表顯然受到投資市場高度關注。而要談到臺積電何去何從，就必須提到環繞閘極技術(GAA)和鰭式場效電晶體(FinFET)。美國IBM所發表的2奈米芯片使用GAA技術，而其合作伙伴韓國三星也在去年就宣布在3奈米導入GAA架構。
作為半導體領域投資者的你，必須意識到奈米芯片制程對企業的重要性。具體來說，制程越小越好，手機芯片效能將會變得更快，而且更不容易發燙。iPhone 4所搭載的蘋果A4處理器為40奈米制程，而使用在iPhone 11上的蘋果A13處理器為7奈米制程，更小的制程能夠在同樣的尺寸中放入更多的運算單元，讓效能更好、發熱更少、更省電。再用更白話的方式來說，拿出你3年前的手機來滑兩下，你就能明顯感受到效能和發熱的巨大差別。
一直以來，科學界都對二維材料寄予厚望，卻苦于無法解決二維材料高電阻和低電流等問題，使取代硅成為新興半導體材料的事情，始終都處于只聞樓梯響的階段，遲遲沒有任何進展。但此次由臺積電聯合臺灣大學和麻省理工學院共同發表的研究，首先由麻省理工團隊發現在二維材料上搭配半金屬鉍(Bi)的電極，能大幅降低電阻并提高傳輸電流。
隨后臺積電技術研究部門將鉍沉積制程進行優化，臺灣大學團隊再運用氦離子束微影系統(Helium-ion beam lithography)將元件通道成功縮小至奈米尺寸，終于獲得這項突破性的研究成果。
臺灣大學電機系暨光電所教授吳志毅表示，研究發現在使用鉍為接觸電極的關鍵結構后，二維材料電晶體的效能不但與硅基半導體相當，又有潛力與目前主流的硅基制程技術相容，實有助于未來突破摩爾定律的極限。
吳志毅也提到，盡管目前還處于研究階段，但該成果能替下世代芯片提供省電、高速等絕佳條件，未來有望投入人工智慧、電動車、疾病預測等新興科技的應用中，民眾都能受惠。
美國麻省理工學院的沈品均博士是本論文的第一作者和通訊作者，他表示，過去半導體使用三維材料，物理特性和元件結構發展到3奈米制程節點，這次研究改用二維材料，厚度可小于1奈米(1至3層原子厚)，更逼近固態半導體材料厚度的極限。
至于半金屬鉍的材料特性，沈品均說道：“其能消除與二維半導體接面的能量障礙，而且半金屬鉍沉積時，也不會破壞二維材料的原子結構，臺灣大學團隊運用下一世代的微影技術，通過氦離子束微影系統，將元件縮小至奈米尺寸，獲得突破性成果。”